新型纳米材料_结构在光电转化中的应用_车玉萍要点详解.pdf

中国科学: 化学 2015 年 第45 卷 第3 期: 262 ~ 282 《中国科学》杂志社 SCIENTIA SINICA Chimica SCIENCE CHINA PRESS 评 述 女化学家专刊( Ⅰ) 新型纳米材料/结构在光电转化中的应用 车玉萍, 翟锦* 仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室; 北京能源实验室; 北京航空航天大学化学与环境学院, 北京 100191 *通讯作者, E-mail: zhaijin@ 收稿日期: 2014-09-24; 接受日期: 2014-10-23; 网络版发表日期: 2015-02-10 doi: 10.1360/N032014-00258 摘要 自纳米概念提出至今, 纳米科技作为材料科学和化学各分支学科的交叉点在能量 关键词 转化技术中起到了重要的作用. 太阳能被认为是解决能源危机并能够替代传统能源的一个 纳米材料 纳米结构 极好的可再生能源. 人们从仿生的理念出发, 在如何利用太阳能尤其是将太阳能转化为电 光电转换 能方面做了大量的工作. 本文从新型纳米材料和纳米结构的角度出发对其在光电转化中的 仿生 应用, 尤其是在太阳能电池和离子通道光电转化中的应用进行了总结, 并对其未来前景进行 了展望. 1 引言 近年来, 我们主要以仿生能源材料为研究体系, 围绕光电功能材料这个研究中心, 从结构仿生和原 毫不夸张地说, 能源危机已是我们目前面临的 理仿生两个层次开展. 在结构仿生方面, 从生物光电 最严峻挑战. 如何寻找新生代的清洁高效可再生的 功能材料的结构获得灵感, 模拟光合作用及视网膜 替代能源, 是人们普遍关注的课题. 太阳能是人类取 中起关键吸光和电荷分离作用的类囊体空间垛叠结 之不尽用之不竭的可再生能源; 也是清洁能源, 不产 构, 从分子水平制备了有序自组装的分子垛叠; 通过 生任何的环境污染. 在诸多的可再生能源中, 人们对 制备多尺度的微纳米复合结构, 实现了材料光电和 如何利用太阳能尤为关注. 在太阳能的有效利用当 发光性质的显著改善. 在原理仿生方面, 从生命中物 中, 太阳能光电利用是近些年来发展最快, 最具活力 质和能量传输与转换的要素之一“ 离子通道”入手, 的研究领域, 是其中最受瞩目的项目之一. 众所周知, 开展了基于人工纳米通道的制备, 光电智能化响应 绿色植物的光合作用是利用太阳能最高效的手段[1], 和光电转换体系的研究. 如图 1 所示, 这两方面的研 同时绿色植物的光电转化过程为人类高效利用太阳 究相互交叉, 互为理论支撑. 光电器件的制备和表征 能提供了一个有用模型, 我们本着仿生的理念模拟 技术又为基于离子通道的新概念光电转换材料和器 整个光合作用或者是仅仅模拟其部分过程, 以期达 件的设计提供重要的技术手段和表征手段. 本文将 到人工利用太阳能的高效转换. 本着向自然学习的 重点介绍我们在染料敏化太阳能电池器件和基于纳 态度, 我们模拟绿色植物的结构功能